煤礦回采巷道掘進(jìn)機(jī)智能化控制研究

楊國強(qiáng)

（山西焦煤西山煤電鎮(zhèn)城底礦， 山西 太原 030203）

引言

隨著煤礦開采時(shí)間增加，煤炭開采逐漸由淺部向深部轉(zhuǎn)移，采掘作業(yè)過程中受瓦斯、地質(zhì)構(gòu)造、水等影響更為凸顯[1-4]。在煤礦井下生產(chǎn)過程中，巷道掘進(jìn)危險(xiǎn)程度要遠(yuǎn)高于煤炭開采，掘進(jìn)人員需要面臨頂板冒落、瓦斯異常涌出（突出）、頂板冒落等風(fēng)險(xiǎn)，而且高溫、高粉塵及高濕度環(huán)境會(huì)給作業(yè)人員身體健康帶來嚴(yán)重威脅[5-7]。巷道高效掘進(jìn)及支護(hù)，是實(shí)現(xiàn)煤炭高效生產(chǎn)的關(guān)鍵，也是巷道掘進(jìn)技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展方向。隨著智能化技術(shù)及先進(jìn)掘進(jìn)設(shè)備在煤礦井下的應(yīng)用，掘進(jìn)巷道作業(yè)人員數(shù)量及掘進(jìn)效率均有所提升。本文就對(duì)煤礦井下掘進(jìn)機(jī)智能化控制技術(shù)展開分析探討，以期更好地促進(jìn)巷道掘進(jìn)工作開展。

1 山西某礦3502 運(yùn)輸巷概況

山西某礦3502 運(yùn)輸巷為礦井構(gòu)建的首個(gè)智能化掘進(jìn)工作面，巷道主要負(fù)責(zé)采面運(yùn)輸、進(jìn)風(fēng)及行人，設(shè)計(jì)掘進(jìn)長度1 980 m。巷道沿著5 號(hào)煤層頂板掘進(jìn)，煤厚均值3.2 m，傾角平均11°。煤層頂?shù)装鍨槟鄮r、細(xì)粒砂巖、砂質(zhì)泥巖。

3502 運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)為梯形斷面，設(shè)計(jì)凈寬5 200 mm、凈高3 200 mm，巷道掘進(jìn)過程中若遇到煤層變薄帶時(shí)可適當(dāng)破底、遇煤層變厚帶時(shí)則適當(dāng)留底，確保巷道凈高在3 200 mm。

2 巷道智能化掘進(jìn)

依據(jù)3502 運(yùn)輸巷現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)備選擇智能掘進(jìn)機(jī)（型號(hào)EBZ200S）破煤（巖）、自移式輸送機(jī)機(jī)尾（型號(hào)DWZY1000/1200）、 雙壁液壓錨桿鉆車（CMM2-25）、單軌吊（型號(hào)DX100/69P），具體巷道內(nèi)智能化掘進(jìn)設(shè)備配套情況如圖1 所示。

圖1 巷道內(nèi)智能化掘進(jìn)設(shè)備配套示意圖

2.1 掘進(jìn)機(jī)智能化控制

為實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程智能控制，在地面調(diào)度中心及3502 運(yùn)輸巷專用硐室內(nèi)分別設(shè)置集中控制中心。地面集中控制中心設(shè)備包括2 臺(tái)液晶顯示器、1 臺(tái)Web服務(wù)器、1 臺(tái)自動(dòng)化主機(jī)，分別用以監(jiān)測(cè)及顯示井下綜掘設(shè)備參數(shù)；井下專用硐室集控中心配備2 臺(tái)顯示屏、2 臺(tái)工控機(jī)，并通過工業(yè)以太網(wǎng)與地面集控中心進(jìn)行通信。具體綜掘機(jī)智能化控制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示。

圖2 綜掘機(jī)智能化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在3502 運(yùn)輸巷迎頭配備EBZ200S 智能掘進(jìn)機(jī)，該設(shè)備集成組合通信、檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理及遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)智能控制；同時(shí)掘進(jìn)機(jī)隨機(jī)配備視頻監(jiān)控、三維掃描、慣性導(dǎo)航等功能，具備本地控制、視距控制、地面遠(yuǎn)程控制及超視距控制等操作模式。具體掘進(jìn)機(jī)內(nèi)各傳感器配備情況如下頁圖3 所示。

圖3 綜掘機(jī)各監(jiān)測(cè)傳感器配備示意圖

在3502 運(yùn)輸巷掘進(jìn)機(jī)截割選用人工遠(yuǎn)程控制以及記憶截割兩種方式。人工遠(yuǎn)程控制是在3502 運(yùn)輸巷布置的專用操作硐室內(nèi)通過遠(yuǎn)程遙控器實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制，同時(shí)將遙控器與井下以太網(wǎng)連接，在地面監(jiān)控中心即可掌握掘進(jìn)機(jī)操作情況；記憶截割是在掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)中預(yù)先輸出巷道掘進(jìn)參數(shù)，通過掘進(jìn)機(jī)自身職能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可視化定位截割，在截割過程中出現(xiàn)問題時(shí)可人工及時(shí)介入糾正，具體采用的記憶截割控制流程如圖4 所示。

圖4 綜掘機(jī)截割控制流程

2.2 運(yùn)輸系統(tǒng)智能化

為解決傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)機(jī)尾移動(dòng)耗時(shí)長、移動(dòng)困難及固定難度大等問題，在3502 運(yùn)輸巷掘進(jìn)時(shí)選用SWZY1000/1200，該自移式機(jī)尾具有下述主要技術(shù)特點(diǎn)：使用的自移式機(jī)尾有其獨(dú)立的動(dòng)力系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)尾調(diào)偏、跟機(jī)移尾操作；自移式機(jī)尾具備本機(jī)操作、遙控器操作、遠(yuǎn)程控制以及地面控制等操作方式；其與帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載部分搭接，具有行程長、整體可抬升、勞動(dòng)強(qiáng)度低以及便于清理積煤等優(yōu)點(diǎn)；在使用過程中不需要采用地錨固定，可減少輔助移尾勞動(dòng)強(qiáng)度并降低運(yùn)輸成本。

采用蓄電池單軌吊為巷道進(jìn)行輔助運(yùn)輸，提高輔助運(yùn)輸效率。

2.3 圍巖支護(hù)

為解決巷道圍巖支護(hù)時(shí)存在錨桿（索）鉆孔鉆進(jìn)困難、噪聲高等問題，在運(yùn)輸巷掘進(jìn)時(shí)選用CMM2-25錨桿鉆車。該錨桿鉆車具有臨時(shí)支護(hù)設(shè)備及液壓錨桿鉆臂，臨時(shí)支護(hù)范圍大及錨桿一次性緊固等，實(shí)現(xiàn)巷道全方位錨桿、錨索施工，可大幅提升錨桿、錨索施工效率并降低永久支護(hù)耗時(shí)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

在3502 運(yùn)輸巷通過采用掘進(jìn)機(jī)智能控制技術(shù)，提高了巷道掘進(jìn)水平，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺由以往200 m/月提升至現(xiàn)在的420 m/月，運(yùn)輸巷整個(gè)掘進(jìn)耗時(shí)控制在5 個(gè)月以內(nèi)，為采面早日投產(chǎn)贏得寶貴時(shí)間。通過智能化掘進(jìn)，掘進(jìn)人員工效由以往4.0 m/（人·月）提升至8.0 m/（人·月），礦井在同等工作量下可減少人力資源投入，有助于提高礦井經(jīng)濟(jì)效益。

巷道掘進(jìn)時(shí)作業(yè)人員均在相對(duì)安全的專用操作硐室內(nèi)，通過操作臺(tái)遠(yuǎn)程操控掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行，作業(yè)人員受到高噪聲、高粉塵等影響較小，可顯著改善作業(yè)環(huán)境質(zhì)量。具體專用硐室控制臺(tái)操作界面如圖5 所示。

圖5 控制臺(tái)操作界面